Auto RC riciclata: 23 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Le auto RC sono sempre state una fonte di entusiasmo per me. Sono veloci, sono divertenti e non devi preoccuparti se li schianti. Tuttavia, in quanto appassionato di RC più anziano, più maturo, non riesco a essere visto giocare con una piccola auto RC per bambini. Devo averne di grandi, a misura d'uomo. È qui che sorge un problema: le auto RC per adulti sono costose. Durante la navigazione online, il più economico che ho trovato costa $ 320, la media è di circa $ 800. Il mio computer è più economico di questi giocattoli!

Sapendo che non posso permettermi questi giocattoli, il produttore che è in me ha detto che potevo fare un'auto per un decimo del prezzo. Così, ho iniziato il mio viaggio per trasformare la spazzatura in oro

Forniture

Le parti necessarie per l'auto RC sono le seguenti:

• Auto RC usate
• Driver motore L293D (modulo DIP)
• Arduino Nano
• Modulo radio NRF24L01+
• Batteria RC Drone (o qualsiasi altra batteria ad alta corrente)
• Convertitori buck LM2596 (2)
• fili
• Perfboard
• Piccoli componenti vari (pin di testata, terminali a vite, condensatori, ecc.)

Le parti necessarie per il controller RC sono le seguenti:

• Controller usato (deve avere 2 joystick analogici)
• Arduino Nano
• Modulo radio NRF24L01+
• Cavi elettrici

Passaggio 1: tesoro riciclato

Questo progetto è iniziato originariamente circa un anno fa, quando io e i miei amici avevamo in programma di realizzare un'auto guidata da un computer per un progetto di hackathon (gara di codifica). Il mio piano era di andare in un negozio dell'usato, acquistare la più grande auto RC che potessi trovare, sventrare gli interni e sostituirla con un ESP32.

In una crisi di tempo, mi sono precipitato da Savers, ho comprato un'auto RC e mi sono preparato per l'hackathon. Purtroppo, molte delle parti di cui avevo bisogno non sono arrivate in tempo, quindi ho dovuto scartare completamente il progetto.

Da allora, l'auto RC ha raccolto polvere sotto il mio letto, fino ad ora…

Veloce panoramica:

In questo progetto, riutilizzerò un'auto giocattolo usata e un controller IR per creare l'auto RC Upcycled. Sventrerò gli interni, impianterò Arduino Nano e userò il modulo radio NRF24L01+ per comunicare tra i due.

Fase 2: Teoria

Capire come funziona qualcosa è più importante che sapere come farlo funzionare

- Kevin Yang 2020-05-17 (l'ho appena inventato)

Detto questo, iniziamo a parlare della teoria e dell'elettronica dietro l'auto RC Upcycled.

Per quanto riguarda l'auto, utilizzeremo un NRF24L01+, un Arduino Nano, un driver del motore L293D, i motori dell'auto RC e due convertitori buck. Un convertitore buck fornirà la tensione di pilotaggio per il motore mentre l'altro fornirà 5V per Arduino Nano.

Dal lato del controller, utilizzeremo un NRF24L01+, un Arduino Nano e i joystick analogici nel controller riproposto.

Passaggio 3: NRF24L01+

Prima di iniziare, dovrei probabilmente spiegare l'elefante nella stanza: l'NRF24L01+. Se non hai già familiarità con il nome, NRF24 è un chip prodotto da Nordic Semiconductors. È abbastanza popolare nella comunità dei produttori per le comunicazioni radio grazie al suo prezzo basso, alle dimensioni ridotte e alla documentazione ben scritta.

Quindi, come funziona effettivamente il modulo NRF? Bene, per cominciare, NRF24L01+ opera sulla frequenza di 2,4 GHz. Questa è la stessa frequenza su cui operano Bluetooth e Wifi (con lievi variazioni!). Il chip comunica tra un Arduino utilizzando SPI, un protocollo di comunicazione a quattro pin. Per l'alimentazione, NRF24 utilizza 3,3 V ma i pin sono anche tolleranti a 5 V. Questo ci consente di utilizzare un Arduino Nano, che utilizza la logica a 5V, con l'NRF24, che utilizza la logica a 3,3V. Alcune altre caratteristiche sono le seguenti.

Caratteristiche notevoli:

• Funziona su una larghezza di banda di 2,4 GHz
• Intervallo di tensione di alimentazione: 1,6 - 3,6 V
• Tollerante 5V
• Utilizza la comunicazione SPI (MISO, MOSI, SCK)
• Occupa 5 pin (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Can Trigger Interrupts - IRQ (Molto importante in questo progetto!)
• Modalità risparmio
• Consuma 900nA - 12mA
• Gamma di trasmissione: ~100 metri (varia in base alla posizione geografica)
• Costo: $ 1,20 per modulo (Amazon)

Se vuoi saperne di più su NRF24L01+, controlla la sezione Letture extra alla fine

Passaggio 4: L293D - Driver motore a doppio ponte H

Sebbene Arduino Nano possa fornire corrente sufficiente per alimentare un LED, non è possibile che Nano possa alimentare un motore da solo. Pertanto, dobbiamo utilizzare un driver speciale per controllare il motore. Oltre a essere in grado di fornire la corrente, il chip driver proteggerà anche l'Arduino da eventuali picchi di tensione che derivano dall'accensione e dallo spegnimento del motore.

Inserisci l'L293D, un driver per motore quadruplo a mezzo ponte H, o in parole povere, un chip che può guidare due motori avanti e indietro.

L'L293D si basa su H-Bridges per controllare sia la velocità di un motore che la direzione. Un'altra caratteristica è l'isolamento dell'alimentazione, che consente all'Arduino di funzionare con una fonte di alimentazione separata dai motori.

Passaggio 5: sventrare l'auto

Basta teoria e iniziamo davvero a costruire!

Poiché l'auto RC non viene fornita con un controller (ricorda che è di un negozio dell'usato), l'elettronica interna è praticamente inutile. Così, ho aperto l'auto RC e ho gettato la scheda del controller nel mio cestino.

Ora è importante prendere alcune note prima di iniziare. Una cosa da notare è la tensione di alimentazione per l'auto RC. L'auto che ho comprato è molto vecchia, molto prima che le batterie al litio fossero mainstream. Ciò significa che questa macchina RC è stata alimentata da una batteria Ni-Mh con una tensione nominale di 9,6 volt. Questo è importante in quanto questa sarà la tensione a cui guideremo i motori.

Passaggio 6: come funziona l'auto?

Posso dire con una certezza del 99% che la mia auto non è uguale alla tua, il che significa che questa sezione è essenzialmente inutile. Tuttavia, è importante sottolineare alcune caratteristiche che la mia auto ha perché baserò il mio design su questo.

Timone

A differenza delle moderne auto RC, l'auto che sto modificando non usa un servo per girare. Invece, la mia auto utilizza un motore a spazzole di base e molle. Questo ha molti inconvenienti soprattutto perché non ho la capacità di fare curve fini. Tuttavia, un vantaggio immediato è che non ho bisogno di alcuna interfaccia di controllo complicata per girare. Tutto quello che devo fare è dare energia al motore con una certa polarità (a seconda del modo in cui voglio girare).

Asse differenziale

Sorprendentemente, la mia auto RC contiene anche un asse differenziale e due diverse modalità di marcia. Questo è abbastanza divertente poiché i differenziali si trovano di solito nelle auto reali, non in quelle piccole RC. Penserei che prima che questa macchina fosse sugli scaffali di un negozio dell'usato, fosse un modello RC di fascia alta.

Passaggio 7: la questione del potere

Con le caratteristiche fuori mano, ora dobbiamo parlare della parte più importante di questa build: come alimenteremo l'auto RC? E per essere più precisi: quanta corrente è necessaria per azionare i motori?

Per rispondere a questo, ho collegato una batteria del drone a un convertitore buck, dove ho scaricato gli 11V della batteria sui 9,6V dei motori. Da lì, ho impostato il multimetro sulla modalità corrente 10A e ho completato il circuito. Il mio contatore ha letto che i motori avevano bisogno di 300 mA di corrente per girare in aria libera.

Anche se questo potrebbe non sembrare molto, la misurazione a cui teniamo veramente è la corrente di stallo dei motori. Per misurare questo, metto le mani sulle ruote per evitare che girino. Quando ho guardato il mio misuratore, ha mostrato un solido 1A.

Sapendo che i motori di azionamento assorbiranno all'incirca un amplificatore, ho quindi proceduto a testare i motori dello sterzo che assorbivano 500 mA quando erano in stallo. Con questa conoscenza, sono giunto alla conclusione che posso alimentare l'intero sistema con una batteria per drone RC e due convertitori buck LM2596*.

* Perché controller da due dollari? Ebbene, ogni LM2596 ha una corrente massima di 3A. Se spegnessi tutto da un convertitore buck, avrei assorbito molta corrente e, quindi, avrei avuto picchi di tensione piuttosto grandi. In base alla progettazione, la forza di Arduino Nano si ferma ogni volta che si verifica un grande picco di tensione. Pertanto, ho utilizzato due convertitori per alleggerire il carico e mantenere il Nano isolato dai motori.

Un ultimo componente importante di cui abbiamo bisogno è un tester di tensione della cella Li-Po. Lo scopo di fare ciò è proteggere la batteria da una scarica eccessiva per evitare di rovinare la vita della batteria (mantenere sempre la tensione della cella di una batteria a base di litio superiore a 3,5 V!)

Passaggio 8: circuito per auto RC

Eliminato il problema di alimentazione, ora possiamo costruire il circuito. Sopra c'è lo schema che ho fatto per l'auto RC.

Tieni presente che non ho incluso il collegamento del voltmetro della batteria. Per utilizzare il voltmetro, è sufficiente collegare il connettore di bilanciamento ai rispettivi pin del voltmetro. Se non l'hai mai fatto prima, clicca sul video linkato nella sezione Letture Extra per saperne di più.

Note sul circuito

I pin di abilitazione (1, 9) sull'L293D richiedono un segnale PWM per avere una velocità variabile. Ciò significa che solo pochi pin su Arduino Nano possono essere collegati ad essi. Per gli altri pin dell'L293D, va bene tutto.

Poiché NRF24L01+ comunica su SPI, dobbiamo collegare i suoi pin SPI ai pin SPI su Arduino Nano (quindi collega MOSI -> MOSI, MISO -> MISO e SCK -> SCK). È anche importante notare che ho collegato il pin IRQ dell'NRF24 al pin 2 dell'Arduino Nano. Questo perché il pin IRQ diventa LOW ogni volta che l'NR24 riceve un messaggio. Sapendo questo, posso attivare un'interruzione per dire al Nano di leggere la radio. Ciò consente al Nano di fare altre cose mentre attende nuovi dati.

Passaggio 9: PCB

Dato che voglio renderlo un design modulare, ho creato un PCB usando una scheda perf e molti pin di intestazione.

Passaggio 10: collegamenti finali

Con il PCB fatto e l'auto RC sventrata, ho usato i fili di coccodrillo per verificare se tutto funziona.

Dopo aver verificato che tutti i collegamenti fossero corretti, ho sostituito i cavi a coccodrillo con cavi veri e ho fissato tutti i componenti al telaio.

A questo punto, potresti aver capito che questo articolo non è una guida passo passo. Questo perché è semplicemente impossibile scrivere ogni singolo passaggio, quindi nei prossimi passaggi di Instructables condividerò alcuni suggerimenti che ho imparato mentre costruivo l'auto.

Passaggio 11: Suggerimento 1: posizionamento del modulo radio

Per aumentare la portata dell'auto RC, ho posizionato il modulo radio NRF il più di lato possibile. Questo perché le onde radio si riflettono su metalli come PCB e fili, riducendo quindi la portata. Per risolvere questo problema, ho posizionato il modulo proprio sul lato del PCB e ho praticato una fessura nell'alloggiamento dell'auto per consentirgli di sporgere.

Passaggio 12: Suggerimento 2: mantienilo modulare

Un'altra cosa che ho fatto che mi ha salvato un paio di volte è collegare tutto tramite pin di intestazione e morsettiere. Ciò consente un facile scambio di parti se uno dei componenti viene fritto (per qualsiasi motivo…).

Passaggio 13: Suggerimento 3: utilizzare i dissipatori di calore

I motori della mia auto RC stanno spingendo la L293D ai suoi limiti. Mentre il driver del motore può gestire fino a 600 mA in continuo, significa anche che diventa molto caldo e veloce! Ecco perché è una buona idea aggiungere della pasta termica e dei dissipatori di calore per evitare che l'L293D si cuocia da solo. Tuttavia, anche con i dissipatori di calore, il chip può ancora diventare troppo caldo per essere toccato. Ecco perché è una buona idea lasciare raffreddare l'auto dopo 2-3 minuti di gioco.

Passaggio 14: tempo del controller RC

Con l'auto RC pronta, possiamo iniziare a creare il controller.

Come l'auto RC, ho anche comprato il controller qualche tempo fa pensando di poterci fare qualcosa. Ironia della sorte, il controller è in realtà un IR, quindi utilizza LED IR per comunicare tra i dispositivi.

L'idea di base con questa build è quella di mantenere la scheda originale all'interno del controller e costruire attorno ad essa Arduino e NRF24L01+.

Passaggio 15: nozioni di base sul joystick analogico

Il collegamento a un joystick analogico può essere scoraggiante, soprattutto perché non esiste una scheda breakout per i pin. Non preoccuparti! Tutti i joystick analogici funzionano secondo lo stesso principio guida e di solito hanno la stessa piedinatura.

In sostanza, i joystick analogici sono solo due potenziometri che cambiano la resistenza quando vengono spostati in direzioni diverse. Ad esempio, quando si sposta il joystick a destra, il potenziometro dell'asse x cambia valore. Ora, quando si sposta il joystick in avanti, il potenziometro dell'asse y cambia valore.

Con questo in mente, se osserviamo la parte inferiore del joystick analogico, vediamo 6 pin, 3 per il potenziometro dell'asse x e 3 per il potenziometro dell'asse y. Tutto quello che devi fare è collegare 5V e massa ai pin esterni e collegare il pin centrale a un ingresso analogico su Arduino.

Tieni presente che i valori per il potenziometro verranno mappati a 1024 e non a 512! Ciò significa che dobbiamo usare la funzione map() incorporata in Arduino per controllare qualsiasi uscita digitale (come il segnale PWM che stiamo usando per controllare l'L293D). Questo è già fatto nel codice, ma se hai intenzione di scrivere il tuo programma devi tenerlo a mente.

Passaggio 16: collegamenti del controller

Le connessioni tra NRF24 e Nano sono sempre le stesse per il controller ma meno la connessione IRQ.

Il circuito per il controller è mostrato sopra.

Modificare un controller è sicuramente una forma d'arte. Ho già fatto questo punto innumerevoli volte, ma semplicemente non è possibile scrivere una procedura passo passo su come farlo. Quindi, come quello che ho fatto prima, darò alcuni suggerimenti su ciò che ho imparato mentre realizzavo il mio controller.

Passo 17: Suggerimento 1: usa le parti a tua disposizione

Lo spazio è davvero ristretto nel controller, quindi, se vuoi includere altri ingressi per l'auto, usa gli interruttori e le manopole che sono già lì. Per il mio controller, ho anche collegato un potenziometro e un interruttore a 3 vie al Nano.

Un'altra cosa da tenere a mente che questo è il tuo controller. Se i pinout non ti soddisfano puoi sempre riorganizzarli!

Passaggio 18: Suggerimento 2: rimuovere le tracce non necessarie

Dato che stiamo usando la scheda originale, dovresti raschiare tutte le tracce che vanno ai joystick analogici e a qualsiasi altro sensore che stai utilizzando. In questo modo, previeni la possibilità che si verifichi un comportamento imprevisto del sensore.

Per fare questi tagli, ho semplicemente usato un taglierino e ho inciso alcune volte il PCB per separare davvero le tracce.

Passaggio 19: Suggerimento 3: mantenere i fili corti il più possibile

Questo suggerimento riguarda specificamente le linee SPI tra Arduino e il modulo NRF24, ma questo vale anche per le altre connessioni. L'NRF24L01+ è estremamente sensibile alle interferenze, quindi se qualsiasi rumore viene rilevato dai fili, i dati verranno corrotti. Questo è uno dei principali svantaggi della comunicazione SPI. Allo stesso modo, mantenendo i fili più corti possibile, rendi anche l'intero controller più pulito e organizzato.

Passaggio 20: Suggerimento 4: posizionamento! Posizionamento! Posizionamento

Oltre a mantenere i fili il più corti possibile, questo significa anche mantenere la distanza tra le parti il più breve possibile.

Quando cerchi dei posti dove montare NRF24 e Arduino, ricorda di tenerli il più vicino possibile l'uno all'altro e ai joystick.

Un'altra cosa da tenere a mente è dove mettere il modulo NRF24. Come detto in precedenza, le onde radio non sono in grado di attraversare il metallo, quindi dovresti montare il modulo vicino al lato del controller. Per fare questo, ho tagliato una piccola fessura con un Dremel per far sporgere l'NRF24 dal lato.

Passaggio 21: codice

Probabilmente la parte più importante di questa build è il codice vero e proprio. Ho incluso commenti e tutto, quindi non spiegherò ogni programma riga per riga.

Detto questo, alcune cose importanti che voglio sottolineare sono che dovrai scaricare la libreria NRF24 per eseguire i programmi. Se non hai già installato le librerie, ti suggerisco di dare un'occhiata ai tutorial collegati nella sezione Letture extra per sapere come. Inoltre, quando si inviano segnali all'L293D, non attivare mai entrambi i pin di direzione. Ciò metterà in cortocircuito il driver del motore e lo farà bruciare.

Github-

Passaggio 22: prodotto finale

Finalmente, dopo un anno di raccolta della polvere e 3 settimane di lavoro manuale, ho finalmente finito di realizzare l'auto RC Upcycled. Anche se devo ammettere che non è da nessuna parte potente come le auto viste nell'introduzione, è uscito molto meglio di quanto pensassi. L'auto può guidare per 40 minuti prima che si scarichi e può allontanarsi fino a 150 metri dal controller.

Alcune cose che farei sicuramente per migliorare l'auto sono sostituire la L293D con la L298, un driver più grande e più potente. Un'altra cosa che farei è sostituire il modulo radio NRF predefinito con la versione con antenna amplificata. Queste modifiche aumenterebbero rispettivamente la coppia e l'autonomia della vettura.

Passaggio 23: letture extra:

NRF24L01+

• Scheda tecnica Nordic Semiconductor
• Comunicazione SPI (Articolo)
• Configurazione di base (video)
• Tutorial approfondito (articolo)
• Suggerimenti e trucchi avanzati (serie di video)

L293D

• Scheda tecnica di Texas Instruments
• Tutorial approfondito (articolo)